马萨诸塞大学阿默斯特分校（UMass Amherst）和 Microbiotix 公司的突破性研究解决了抗生素耐药性超级细菌的紧迫危机。他们的研究侧重于破坏病原体的 3 型分泌系统，为预防感染提供了一种新方法。这一策略得到了基于荧光素酶的创新技术的支持，为新药物的开发铺平了道路，并增进了我们对微生物感染的了解，标志着公共卫生领域的一大进步。
研究小组开发出一种检测方法，用于确定能抑制病原体的新药，从而真正改善公共卫生。
抗生素耐药的"超级细菌"能打败杀灭它们的努力，这是一个紧迫的公共卫生危机，根据美国疾病预防控制中心的数据，每年发生的抗生素耐药感染超过280万例。全世界的研究人员都在争分夺秒地应对这一挑战。
病原体研究取得突破
最近，由马萨诸塞大学阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）领导、包括生物制药公司 Microbiotix 科学家在内的研究人员组成的合作团队在《美国化学学会传染病学》（ACS Infectious Diseases）杂志上宣布，他们已经成功地学会了如何破坏病原体用来感染宿主细胞的一种名为"3 型分泌系统"（Type 3 secretion system）的关键机制。此外，该研究小组还报告说，他们已经开发出一种测试方法，可以确定针对这种脆弱细胞机制的下一代药物，从而真正改善公共卫生。
抗生素开发面临的挑战
治疗微生物感染的典型策略是用抗生素药物轰击病原体，这种药物的作用是进入有害细胞并杀死它。这并不像听起来那么容易，因为任何一种新的抗生素都必须同时具备水溶性和油性，前者能让抗生素轻松通过血液，后者则能穿过病原细胞的第一道防线--细胞膜。当然，水和油是不能混在一起的，因此很难设计出同时具备这两种特性的药物。
3 型分泌系统依赖于两种蛋白质：PopB 和 PopD（红色和蓝色）在宿主的细胞壁上形成一条隧道。图片来源：马萨诸塞大学阿默斯特分校
困难还不止于此，因为病原细胞已经开发出了一种叫做"外排泵"的部件，它能识别抗生素，然后将其安全地排出细胞，使其不会对细胞造成任何伤害。如果抗生素无法战胜外排泵并杀死细胞，那么病原体就会"记住"这种特定抗生素的样子，并发展出更多的外排泵来有效地处理这种抗生素，从而对这种特定抗生素产生抗药性。
对付超级细菌的替代策略
前进的道路之一是找到一种新的抗生素或抗生素组合，并努力领先超级细菌一步。
马萨诸塞大学阿默斯特分校生物化学与分子生物学副教授、本文资深作者亚历杭德罗-赫克（Alejandro Heuck）说："或者，我们可以改变策略。我是一名化学家，我一直对了解化学分子如何与生物体相互作用非常感兴趣。特别是，我一直把研究重点放在使病原体和它想入侵的宿主细胞之间的交流成为可能的分子上。如果我们不试图杀死病原体，那么它就没有机会产生抗药性。我们只是在破坏它的机器。病原体仍然活着，只是失去了作用，而宿主有时间利用其自然防御系统来摆脱病原体"。
Heuck 和他的同事对一种名为 3 型分泌系统的通讯系统特别感兴趣，到目前为止，这种系统似乎是病原微生物特有的进化适应。
了解宿主与病原体的相互作用
与病原体细胞一样，宿主细胞也有厚厚的、难以穿透的细胞壁。为了穿透细胞壁，病原体开发了一种类似注射器的机器，它首先会分泌两种蛋白质，即 PopD 和 PopB。单独的 PopD 和 PopB 都无法穿透细胞壁，但这两种蛋白质结合在一起就能形成一个"转译接头"--相当于穿过细胞膜的细胞隧道。一旦隧道建立起来，致病细胞就能注入其他蛋白质，完成感染宿主的工作。
整个过程被称为 3 型分泌系统--如果没有 PopB 和 PopD，这一切都无法进行。"如果我们不试图杀死病原体，"Heuck 说，"那么它就没有机会产生抗药性。我们只是在破坏它的机器。病原体仍然活着，只是失去了作用，而宿主有时间利用其自然防御系统来摆脱病原体。"
那么，问题是如何找到能够阻止转座子组装的分子呢？
有时，科学家们会在"灵光一现"的瞬间找到解决方案，突然间一切都变得有意义了。在这个案例中，这更像是一个"闪电虫时刻"。
创新的研究方法
Heuck 和他的同事们意识到，一种名为荧光酶的酶类（类似于让闪电虫在夜间发光的酶类）可以用作示踪剂。他们将这种酶分成两半。一半被植入 PopD/PopB 蛋白中，另一半被植入宿主细胞中。
这些改造过的蛋白质和宿主可以被不同的化合物淹没。如果宿主细胞突然亮了起来，这就意味着 PopD/PopB 成功地突破了细胞壁，将两半荧光素酶重新结合在一起，使它们发光。但如果细胞一直处于黑暗状态呢？Heuck说："那我们就知道是哪种分子破坏了转座子。"
Heuck团队的研究不仅在制药和公共卫生领域有明显的应用价值，而且还能加深我们对微生物如何感染健康细胞的理解。他说："我们想研究病原体是如何工作的，然后我们突然发现，我们的研究成果可以帮助解决公共卫生问题。"
编译来源：ScitechDaily